流化床反应器的设ppt

u
—以T、p计的表观气流 以 、 计的表观气流 计的表观气流,
m/s
2 流化床高
(1)临界流化床高 Lmf
Lmf
(2)流化床高
4W Fτ = 2 πD R ρ P (1 − ε mf )
Lf
(3)稳定段高度
LD
7.2.4 分布板与内部构件 一、分布板 （1）分布板的类型 ）
图 7-14 分布器的若干形式
图 7-27 相间交换示意图
三
流化床反应器中的传热
1 床层与外壁间的传热
床层内传热主要包括：固体颗粒之间、颗粒与流体之间、 床层与换热面之间的传热。因床内温度均一，前二项可忽略。
2 床层与浸没于床内的换热面之间的传热
四
工艺计算
流化床反应器直径的计算
高度的计算
1 流化床的直径
1 2 273 p Q = πDRu × 3600 × × 4 T 1.013×105
二 流化床反 应器中的 传质
颗粒与流体间的传质
气泡与乳相间的传质
(1) 颗粒与流体间的传质 流化床中主要考虑粒子与流体间的传质，关键是确定其传 质系数kG。计算的经验关联式可由文献查取，应用时要注意公 式的适用条件和范围。
(2) 气泡与乳相间的传质 相间传质的途径，见图7-27。 气泡 → 气泡晕 → 乳相
3〉 散式流态化 对于液-固系统，流体与颗粒的密度相差不大， 故临界流 化速度一般很小，流速进一步提高时， 床层膨胀均匀且波动很小，颗粒在床层内的分布 也比较均匀，故称作散式流化床。 4〉 聚式流态化 对于气-固系统而言，情况与液-固系统很不相同， 一般在气速超过临界气速后，将会出现气泡。气 速愈高，气泡造成的扰动亦愈剧烈，使床层波动 频繁，这种形态的流化床称聚式流化床或泡床。
5〉 气流输送 当气速一旦超过了颗粒的带出速度（或称终端速 度）， 粒子就会被气流所带走成为气输床，只有不断地 补充新的颗粒进去，才能使床层保持一定的料面。 6〉 节涌 如果床径很小（如一般小试或中试中常见的那样）而床高 与床径比较大时，气泡在上升过程中可能聚集并增大甚至 达到占据整个床层截面的地步，将固体颗粒一节节地往上 柱塞式地推动，直到某一位置而崩落为止，这种情况叫做 节涌。 节涌
2、流化床反应器的特点: 、
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
结构简单 传热效能高，床层温度 均匀 气固相间传质速率较高 催化剂粒子小，效能高 有助于催化剂循环再生 催化剂和设备磨损大 气流不均时气固相接触 效率降低 返混大，影响产品质量 均一性
3、 气泡及其行为
流化床层由固体颗粒密集区域（乳化相）和固体颗粒很少 的区域（气泡相）组成，气泡的结构和行为是分析流化床特性 和建立数学模型的基础。 （1）气泡的结构 气泡
பைடு நூலகம்
（3）三相模型 ）
气泡相—上流相 上流相（ 下流相（ 固 固 { 气泡相 上流相（气+固）— 下流相（气+固） 气泡相— 气泡云—乳化相 气泡相 气泡云 乳化相
其它还有气泡模型、四区模型等， 其它还有气泡模型、四区模型等，有些模型还考虑了分布器和 自由空间等的影响。 自由空间等的影响。
以上各种模型，大多数以气泡直径作为模型参数， 以上各种模型，大多数以气泡直径作为模型参数，根据气泡 直径是否可变分为以下几种情况： 直径是否可变分为以下几种情况： （1）各参数为常数，不随床高变化，也与气泡状况无关； ）各参数为常数，不随床高变化，也与气泡状况无关； （2）各参数为常数，不随床高变化，用一恒定不变的当量气 ）各参数为常数，不随床高变化， 泡直径作为模型的可调参数。 泡直径作为模型的可调参数。 （3）各参数与气泡大小有关，气泡大小随床高变化。 ）各参数与气泡大小有关，气泡大小随床高变化。 迄今为止，已提出很多流化床数学模型，也有一些应用的实 迄今为止，已提出很多流化床数学模型， 例与实际情况比较符合， 例与实际情况比较符合，但尚无一个被公认为可普遍使用的数学 模型。下面以两种比较典型的两相模型和鼓泡床模型为例， 模型。下面以两种比较典型的两相模型和鼓泡床模型为例，介绍 建立数学模型的思路。 建立数学模型的思路。
{ 气泡晕
气泡云
（气泡云+尾涡）
气泡晕中粒子浓度与乳化相相同，包 在气泡周围，伴随着气泡一起上升。 （2）气泡的速度 气泡上升速度是影响气泡相与乳化相 之间传质和传热的重要因素。根据不同 的模型和实验数据，整理出一些经验公 式。
7-10
（3）乳相中的气体流动状况 流化床中，大部分气体以气泡形式通过床层，乳化相中气 量很少，甚至可忽略，但它的返混对化学反应的影响往往并不 能被忽略。 乳化相中气体流动较复杂，存在位置随机变化的向上流区域和回 流区域。 向上流区域：以umf速度向上流动的气体； 回流区域：被大于umf速度向下回流的颗粒所吸附和裹夹的气体。 定常态操作时床层截面上平均上流与回流量大致恒定。当气速增 大时，回流量相应增大。当流化数u0/umf>6~11时，乳化相中气体回流 量将超过上流量，净流量成为向下流动的了。
1、流态化的形式 、
流态化可划分为以下几种形式： 1〉 固定式 当流体向上流过颗粒床层时，如速度较低，则 流体从粒间空隙通过时颗粒不动，这就是固定床。 如流速渐增，则颗粒间空隙率将开始增加，床层 体积逐渐增大，成为膨胀床。 2〉 临界流态化 当流速达到某一限值，床层刚刚能被流体托动 时，床内颗粒就会开始流化起来了，这时的流体 空床线速称为临界（或最小）流化速度。
（2）设计或选择分布板的基本要求 气体分布均匀，防止积料， 结构简单，材料节省，压降合理。
35cmH2O < ∆pd < 10% ~ 20%∆pB
二、内部构件 （1）种类 垂直管、水平管、多孔板、水平挡网、斜片百叶窗挡板，等。 （2）作用 传热，控制气泡聚并，改变气-固相流动和接触状况，减少颗 粒带出。
7.4.2 两相模型 （1）物理模型 ） 如图7-28所示。 所示。 如图 所示 （2）基本假设 ）
图 7-28
小组成员：田亚超、 小组成员：田亚超、秦丹承 彭 超、李中平
DR = 4 × 1 . 013 × 10 5 TQ = 273 × 3600 π up
m3 / h
4 . 132 TQ 982800 π up
气体的体积流量, 气体的体积流量 Q —气体的体积流量 DR —反映器直径 反映器直径, 反映器直径
m
放映器的绝对温度(K)和绝对压力 放映器的绝对温度 和绝对压力(Pa) T , p —放映器的绝对温度 和绝对压力
流化床反应器的设计
流化床反应器
流化床反应器是一种利 用气体或液体通过颗粒 状固体层而使固体颗粒 处于悬浮运动状态，并 进行气固相反应过程或 液固相反应过程的反应 器。在用于气固系统时， 又称沸腾床反应器。
一
流化基本概念: 流化基本概念:
流态化： 流态化：
固体粒子像流体一样进行流动的现 象。除重力 作用外一般是依靠气体或液体的 流动来带动固体颗粒运动的。 流动来带动固体颗粒运动的。
五 流化床的数学模型
建立数学模型的目的是要定量地分析影响流化床性能的各 个参数之间的数学关系，解决反应器放大和控制以及相关的最 个参数之间的数学关系， 优化问题。 优化问题。 7.4.1 模型的类别 全混流模型 （1）简单均相模型 ）
{
活塞流模型
（2）两相模型 ）
{
气泡相（活塞流） 乳化相（活塞流） 气泡相（活塞流）— 乳化相（活塞流） 气泡相（活塞流） 乳化相（全混流） 气泡相（活塞流）— 乳化相（全混流）